Los investigadores han creado con éxito puntos cuánticos definidos eléctricamente en heteroestructuras de óxido de zinc (ZnO), lo que marca un hito importante en el desarrollo de tecnologías cuánticas.
Los detalles de su progreso fueron publicados en la revista. Comunicaciones de la naturaleza El 7 de noviembre de 2024.
Los puntos cuánticos, pequeñas estructuras semiconductoras que pueden atrapar electrones en espacios de escala nanométrica, se han estudiado durante mucho tiempo por su potencial para servir como qubits en la computación cuántica. Estos puntos son cruciales para la computación cuántica porque permiten a los científicos controlar el comportamiento de los electrones, de forma similar a como un conductor puede controlar la corriente de agua que fluye a través de tuberías.
Hasta ahora, la mayor parte de la investigación se ha centrado en materiales como el arseniuro de galio (GaAs) y el silicio. Sin embargo, el óxido de zinc, un material conocido por su fuerte afinidad electrónica y su excelente coherencia cuántica de espín, aún no se había explorado para su uso en puntos cuánticos definidos eléctricamente, es decir, métodos electrónicos creados y controlados.
En este estudio, el equipo de investigación manipula los estados internos de los puntos cuánticos en óxido de zinc utilizando un control de voltaje preciso, como ajustar el dial de una radio para sintonizar la señal. Esta innovación les permitió observar el diamante de Coulomb, una característica clave de los puntos cuánticos, lo que les permitió conocer el comportamiento de los electrones atrapados en su interior.
“El diamante de Coulomb es como una huella digital que ayuda a identificar la ‘personalidad’ única de cada punto cuántico”, explica Tomohiro Otsuka, profesor asociado de la Universidad de Tohoku y autor correspondiente del artículo. “Al utilizar óxido de zinc, estamos abriendo nuevas fronteras en la producción de qubits eficientes y estables, una piedra angular de la computación cuántica”.
Uno de los resultados más notables de esta investigación fue el descubrimiento del efecto Kondo en puntos cuánticos de óxido de zinc. El efecto Kondo, un fenómeno cuántico en el que las interacciones de los electrones producen conducción, generalmente depende del número de electrones en un punto cuántico. Sin embargo, en el óxido de zinc, los investigadores observaron este efecto incluso cuando el número de electrones no era normal. Este nuevo comportamiento, junto con la fuerte correlación electrónica del material, añade otra capa de complejidad y capacidad a los dispositivos cuánticos basados en óxido de zinc.
“El efecto Kondo que observamos es diferente de lo que normalmente vemos en otros semiconductores como el GaAs”, añade Otsuka. “Esta diferencia puede ayudarnos a comprender mejor el comportamiento de los electrones en este nuevo material y mejorar nuestra capacidad para controlar y manipular qubits”.
De cara al futuro, el equipo se centra en aplicar estos nuevos descubrimientos para desarrollar dispositivos cuánticos prácticos.
